智能PLC小粉料自动称量系统的设计

摘要目前，PLC已经被广泛应用于生活和工业生产中。

但在我们的炼胶系统中，对使用相对较少的小粉料，有的还不太重视，仍存在小作坊配料的形式。

本文就是针对我们炼胶系统中的小粉（粒）料，设计的智能PLC小粉料自动称量系统。

采用电磁振动加料器、双螺杆加料器分别对小粒料、小粉料进行自动称量；称重仪表采用智能型的称重显示控制器；PLC的CPU选用西门子新型的CPU315-2PN/DP；工控机控制监控，远程电脑联网监控；实现小粉料自动称量的智能化。

关键词：智能，PLC，小粉料，自动称量目录一、绪论 (4)（一）设计来源与现实意义 (4)（二）设计方案确定 (4)二、PLC 的基本知识 (4)（一）PLC的基本概念 (4)（二）PLC的产生与发展 (4)(三）PLC的特点与应用领域 (4)（四）PLC的工作原理 (5)三、PLC的控制系统设计 (6)（一）PLC控制系统的设计内容与步骤 (6)（二）PLC控制系统的硬件设计 (7)（三）PLC控制系统的软件设计 (7)（四）PLC控制系统的通信联网 (7)四、智能PLC小粉料自动称量系统总体设计 (7)（一）智能PLC小粉料自动称量系统简介 (8)（二）小粉料自动称量系统 (10)（三）PLC小粉料自动称量系统 (13)（四）智能PLC小粉料自动称量系统 (22)五、总结 (24)六、参考文献 (24)一、绪论（一）设计来源与现实意义目前，自动称量系统在用量大的物料（固体或液体）称量中，被广泛使用，实现了称量、配料的自动化，实现自动化生产。

而我所见的塑料炼胶中，对使用相对较少的小粉料，有的还不太重视，仍存在小作坊配料的形式。

人工按照配方用台秤、电子称对各项小粉料称量，混合，包装。

这样的配料方式，人员的劳动强度大，作业环境差，称量精度差，易配错，不易满足快速、连续的生产，给生产带来不良因素。

我现在设计的是在炼胶系统中使用的智能PLC小粉料自动称量系统。

它也可以在类似的称量系统中使用。

（二）设计方案确定智能PLC小粉料自动称量系统：由工控机（电脑），把配方发送到PLC，称重显示控制器通过PROFIBUS（现场总线），实时与PLC通信，PLC控制整个配方的自动称量。

电脑通过软件包对整个自动称量过程进行实时监控。

从而实现智能化的自动称量。

二、PLC 的基本知识（一）PLC的基本概念可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ），简称PLC，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的PLC主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，它已经大大超过了逻辑控制的范围。

（二）PLC的产生与发展在PLC出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。

但是继电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。

1969年美国数字设备公司成功研制了世界上第一台可编程控制器，这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，这项技术很快发展起来。

20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，使PLC得到迅速发展。

PLC成为把自动化技术、计算机技术、通讯技术融为一体的新型工业控制装置。

PLC不仅控制功能增强，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能。

(三）PLC的特点与应用领域1、PLC的特点PLC技术之所以高速发展，除了自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特优点：可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；功能完善、通用性强；设计安装简单、维护方便；体积小、重量轻、能耗低等。

它较好地解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。

2、PLC 的应用领域目前，在国内外PLC 已广泛应用于生产、生活的各行各业，从应用类型看，PLC 的应用大致可归纳为开关量逻辑控制、运动控制、过程控制 、数据处理、通信联网等几个方面。

（四）PLC 的工作原理PLC 采取每个扫描周期内，输入采样、用户程序执行、输出刷新的工作方式，在扫描周期内用户程序按顺序执行。

1、工作过程当PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段，称作一个扫描周期，也称为一个工作周期。

在整个运行过程中，PLC 的CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

如图2-1所示。

图2-1 PLC 的工作过程2、工作流程图 PLC 的工作过程包括送电、运行、自诊断、通讯等，如图2-2所示。

一个工作周期包括自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新。

图 3.2 PLC 的工作过程图2-2 PLC的工作流程图三、PLC的控制系统设计（一）PLC控制系统的设计内容与步骤1、深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。

控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。

对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。

2、确定输入输出设备根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。

常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。

3、选择合适的PLC类型根据已确定的用户输入输出设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型，包括机型的选择、容量的选择、输入输出模块的选择、电源模块的选择等。

4、分配 I/O点分配PLC的输入输出点，编制出输入输出分配表或者画出输入输出端子的接线图。

接着就可以进行PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。

5、设计应用系统梯形图程序根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。

这一步是整个应用系统设计的核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。

6、将程序输入 PLC当使用简易编程器将程序输入PLC时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。

当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上位机的连接电缆将程序下载到PLC中去。

7、进行软件测试程序输入PLC后，应先进行测试工作。

因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。

因此在将PLC连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。

8、点对点核对调试在控制柜及现场施工完成后，要用PLC对输入设备如按钮、选择开关、行程开关、传感器等，输出设备如继电器、接触器、指示灯、电磁阀、电机等进行点对点测试，看安装、接线是否正确，该点动作是否正确，若有误并及时改正。

9、应用系统整体调试在PLC软硬件测试完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。

调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。

（二）PLC控制系统的硬件设计PLC 控制系统的硬件设计是指硬件选型。

合理选择PLC，对提高PLC 控制系统的技术、经济指标有着重要作用。

1、PLC 机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。

具体应考虑机型结构合理、机型统一、功能强弱适当、PLC环境的适应性等因素。

2、PLC容量的选择PLC容量包括两个方面:一是I/O的点数:二是用户存储器的容量(字数)。

I/O点数应当有适当裕量。

3、I/O模块的选择根据PLC输入量和输出量的点数和性质，可以确定I/O模块的型号和数量，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入、输出模块、模拟量输入、输出模块，智能式输入、输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。

4、电源模块的选择电源模块的选择一般只需考虑输出电流。

电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。

（三）PLC控制系统的软件设计PLC控制系统软件开发的过程与任何软件的开发一样，先要进行可行性研究，然后，还要经历需求分析、软件设计、编程实现、软件测试、运行维护等几个环节。

PLC 应用软件的设计是一项十分复杂的工作，它要求既要有PLC、计算机程序设计的基础，又要有自动控制的知识，还要有一定的现场实践经验。

软件设计过程是对程序结构、数据结构和过程细节逐步求精的过程，是将需求规格说明逐步转化为源代码的过程。

软件过程设计考虑软件总体结构中模块之间的控制分层关系，而软件过程设计的任务主要是描述算法的细节，以及模块间的处理顺序。

可用流程图、框图、梯形图等工具来描述。

（四）PLC控制系统的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。

PLC 具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够实时交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。

多数PLC具有RS-232或RS-485接口，还有一些内置有支持各自通信协议的PN、DP接口。

四、智能PLC小粉料自动称量系统总体设计（一）智能PLC小粉料自动称量系统简介智能PLC小粉料自动称量系统：适用于小粉料（包括小粒料）的自动称量系统。

主要面向于炼胶行业设计，类似的轮胎行业的自动称量也可以使用。

由工控机（电脑），把配方发送到PLC，称重显示控制器通过PROFIBUS（现场总线），实时与PLC通信，PLC控制整个配方的自动称量。

工控机通过软件包对整个自动称量过程进行实时监控。

从而实现自动称量的智能化。

此智能PLC小粉料自动称量系统，对炼胶过程中小用量的小粉（粒）料进行自动称量。

有20种小粉（粒）料自动称量，加上2种人工离线称量，电脑自动记录。

完全能满足炼胶系统小粉（粒）料的配料需要。

小粉料自动称量系统流程图如图4-2所示：智能PLC（图4-1：智能PLC小粉料自动称量系统工作流程简图）1号气缸2号气缸4号气缸3号气缸（图4-2：20+2种小粉料自动称量系统流程图）宜顺论文网（二）小粉料自动称量系统1、自动称量系统中的加料方式小粉料自动称量系统：有两种称量系统，电磁振动加料器自动称量系统，双螺杆加料器自动称量系统。

前8储斗装小颗粒配料，采用电磁振动加料装置，加料控制采用双速控制，以保证称量精度和称量效率，震荡频率按物料特性及误差要求，每一物料逐一加以设定，分别由A、B两个电子配料秤自动称量。

电磁振动加料器如图4-2前两个电子配料秤所示。

后12种储斗装小粉料，采用双螺杆加料装置，螺旋加料机由变频器控制，分快速、慢速，点动加料，以保证称量精度和称量能力，分别由C、D、E、三个电子配料秤自动称量。